高考化学一轮复习第11章物质结构与性质第2讲分子结构与性质训练含解析

分子结构与性质

1．(2021·山东青岛期初调研)下列关于物质的组成、结构或性质的叙述正确的是(　　)

A．第三周期主族元素中，第一电离能和电负性最大的都是氯

B．HF的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键

C．基态原子价电子排布式为(n－1)d6～8ns2的元素属于第ⅧB族

D．金刚石、金刚砂(SiC)、单晶硅为共价晶体，共价键依次增强，熔点依次升高

A　[同周期主族元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，电负性逐渐增强，最大的都是Cl元素，A正确；HF的稳定性很强与共价键有关，与分子间氢键无关，B错误；基态原子价电子排布为(n－1)d6～8ns2元素属于第Ⅷ族，C错误；Si原子半径大于C原子半径，键长：C—C<C—Si<Si—Si，键能：C—C>C—Si>Si—Si，故熔点：金刚石>金刚砂>单晶硅，D错误。]

2．(2021·天津和平区检测)关于氢键，下列说法正确的是(　　)

A．分子中有N、O、F原子，分子间就存在氢键

B．因为氢键的缘故，比熔沸点高

C．NH3的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键

D．“可燃冰”——甲烷水合物(8CH4·46H2O)中CH4与H2O之间存在氢键

B　 [分子中含有N、O、F原子，分子间不一定存在氢键，还与分子结构有关，A错误；对羟基苯甲醛形成分子间氢键，邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，故前者的熔、沸点高于后者，B正确；NH3的稳定性与N—H键有关，与分子间氢键无关，C错误；甲烷水合物中，H2O分子之间形成氢键，CH4与H2O分子之间不存在氢键，D错误。]

3．(2018·全国卷Ⅱ，35题节选)(1)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________________。

(2)图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为________________________________________________________________________。

(3)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为________形，其中共价键的类型有________种；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。

解析　(1)根据价层电子对互斥理论可知，H2S、SO2、SO3三种分子中S原子的价层电子对数分别为4、3、3，因此H2S中S原子价层电子对数不同于其他两种分子。

(2)S8和SO2均为分子晶体，S8的相对分子质量大于SO2，因此S8的分子间作用力大，熔沸点比SO2的高。

(3)SO3的中心原子为S，中心原子的孤对电子数＝(6－2×3)/2＝0，中心原子结合3个氧原子，结合每个O原子有且只能有一个σ键，所以S形成3个σ键，S的价层电子对数为0＋3＝3，S为sp2杂化，根据sp2杂化轨道构型可知，SO3为平面形分子，符合形成大π键条件，可形成4中心6电子大π键，因此有两种共价键类型。如图(b)所示的三聚分子中每个S原子与4个O原子结合，形成正四面体结构，S原子的杂化轨道类型为sp3。

答案　(1)H2S　(2)S8相对分子质量大，分子间范德华力强　(3)平面三角　2　sp3

4．(2018·江苏卷，21(A)题节选)臭氧(O3)在[Fe(H2O)6]2＋催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO和NO，NOx也可在其他条件下被还原为N2。

(1)SO中心原子轨道的杂化类型为________；NO的空间构型为________(用文字描述)。

(2)N2分子中σ键与π键的数目比n(σ)∶n(π)＝________。

解析　(1)硫酸根离子中S原子的价层电子对数＝(6＋2)/2＝4，因此S原子为sp3杂化。硝酸根离子中N原子的价层电子对数＝(5＋1)/2＝3，因此N原子为sp2杂化，无孤对电子，因此空间构型为平面(正)三角形。

(2)N与N可形成三键，因此有1个σ键和2个π键，即两者数目比为1∶2。

答案　(1)sp3　平面(正)三角形　(2)1∶2

5．(2020·山东日照模拟)氮是一种典型的非金属元素，其单质及化合物在生活和生产中具有广泛的用途。回答下列问题：

(1)磷元素与氮元素同主族，基态磷原子有________个未成对电子，白磷的分子式为P4，其结构如图甲所示。科学家目前合成了N4分子，N4分子中氮原子的杂化轨道类型是________，N—N—N键角为________；N4分解后能产生N2并释放出大量能量，推测其用途可为________。

(2)NH3与Zn2＋可形成[Zn(NH3)6]2＋，其部分结构如图乙所示。

①NH3的立体构型为________。

②[Zn(NH3)6]2＋中存在的化学键类型有________；NH3分子中H—N—H键角为107°，判断[Zn(NH3)6]2＋离子中H—N—H键角________(填“>”“<”或“＝”)107°。

③肼(N2H4)可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2取代形成的另一种氮的氢化物。与N2H4互为等电子体的分子有________(写出一种即可)。

解析　(1)磷原子的价电子排布式为3s23p3，基态原子有3个未成对电子；N4分子与P4分子的结构相似，为正四面体形，N4分子中每个氮原子形成3个σ键、含有1对孤电子对，杂化轨道数目为4，氮原子采取sp3杂化；正四面体中的每个面为正三角形，则N—N—N键角为60°；N4分解后能产生N2并释放出大量能量，可以用于制造火箭推进剂或炸药。(2)①NH3中氮原子形成3个σ键，有1对未成键的孤电子对，杂化轨道数为4，采取sp3杂化，分子立体构型是三角锥形。②[Zn(NH3)6]2＋中存在的化学键类型有配位键、共价键，受配位键的影响，[Zn(NH3)6]2＋中H—N—H键角大于107°。③等电子体是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子。与N2H4互为等电子体的分子有CH3OH、CH3SH等。

答案　(1)3　sp3　60°　用于制造火箭推进剂或炸药(其他合理答案也可)

(2)①三角锥形　②配位键、共价键　>　③CH3OH(或CH3SH等)

6．(2019·广西柳州二模)碳、硫和钒的相关化合物在药物化学及催化化学等领域应用广泛。回答下列问题：

(1)基态钒原子的结构示意图为________。

(2)VO的中心原子上的孤电子对数为________，一个VO中含有________个σ键。

(3)2­巯基烟酸氧钒配合物(图1中W)是副作用小且能有效调节血糖的新型药物。

①该药物中N原子的杂化方式是________。

②X、Y、Z三种物质在水中的溶解性由大到小的顺序为________，原因是________________________________________________________________________。

已知：多原子分子中，若原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道，则p电子可在多个原子间运动，形成大π键。大π键可用表示，其中m、n分别代表参与形成大π键的原子个数和电子数，如苯分子中的大π键表示为。

③下列微粒中存在大π键的是________(填字母)。

A．O3　　　 B．SO　　　

C．H2S　　　 D．NO

④CS2分子中大π键可以表示为________。

(4)偏钒酸铵加热分解生成五氧化二钒、氨、水。偏钒酸铵的阴离子呈如图2所示的无限链状结构，则偏钒酸铵的化学式为________。

解析　(2)VO的中心原子为V，V上的孤电子对数为0，1个V原子与4个O原子结合形成化学键，所以一个VO中含有4个σ键。(3)①该药物中N原子形成2个σ键，1个π键，N原子的价层电子对数＝孤电子对数＋σ键个数＝1＋2＝3，所以N原子采取sp2杂化。②X中含有羧基，可以与水分子形成氢键，增强水溶性；Y中含有酯基和苯环，Z中含有酯基，都不利于其在水中的溶解，因此X、Y、Z三种物质在水中的溶解性由大到小的顺序为X>Z>Y。③从已知信息来看，形成大π键的条件是：原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道。根据价层电子对互斥理论，O3的立体构型为V形，SO的立体构型为正四面体，H2S的立体构型为V形，NO的立体构型为平面三角形。因此SO一定不存在大π键，H2S中H原子没有p轨道，也不存在大π键，O3和NO可以形成大π键。所以选A、D。④CS2是直线形分子，又有p轨道，因此可以形成三原子四电子的大π键：。(4)由题图2可知每个V与3个O形成阴离子，结合题意可知V的化合价为＋5，则偏钒酸铵的化学式为NH4VO3。

答案　(1)　(2)0　4　(3)①sp2　②X>Z>Y　X中含有羧基，可以与水分子形成氢键，增强水溶性；Y中含有酯基和苯环，Z中含有酯基，都不利于其在水中的溶解　③AD　④　(4)NH4VO3

7．(2021·江苏南通调研)在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的微小晶粒，其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是制造飞机的主要材料。回答下列问题：

(1)Cu＋基态核外电子排布式为______________。

(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子，乙二胺分子中碳原子的杂化类型是__________。乙二胺的沸点大于正丁烷(C4H10)，原因是______________________。

(3)[Cu(CH3CN)4]＋是非常稳定的络合离子，配体中σ键和π键个数之比为________________。

(4)与NO互为等电子体的分子为____________(写化学式)。

(5)下图是拉维斯微小晶粒的结构，其化学式为________________。

解析　(1)基态Cu原子核外有29个电子，其价电子排布式为3d104s1，失去4s轨道1个电子变成Cu＋，故基态Cu＋核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。

(2)乙二胺中碳原子形成4个σ键，其杂化类型为sp3。乙二胺能形成分子间氢键，正丁烷存在范德华力，故乙二胺的沸点高于正丁烷。

(3)[Cu(CH3CN)4]＋的中心离子是Cu＋，配体是CH3CN，其结构简式为CH3C≡N，则σ键和π键个数之比为5∶2。

(4)与NO互为等电子体的分子符合要求：①分子含有4个原子；②价电子总数为5＋6×3＋1＝24，符合条件的分子是SO3、BF3、SeO3等。

(5)拉维斯微小晶粒的结构中，含有Mg原子数为8×＋6×＋4＝8个，16个Cu原子都位于晶粒内部，则Mg、Cu原子个数比为8∶16＝1∶2，其化学式为MgCu2。

答案　(1)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10

(2)sp3　乙二胺能形成分子间氢键，正丁烷存在范德华力

(3)5∶2　(4)SO3、BF3(其他合理答案均可)　(5)MgCu2